表面張力測量原理

液體表面張力有著一種互相吸引的傾向，當液體與水氣面（氣體）互相接觸時，而兩者之間產生的面，便是所知道的“界面”。一個非常貼切的例子是：一滴水自空氣中落下所形成的球形狀態(tài)，是因為表面張力使它表面最小化而成的體積。

表面張力產生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。如同要把彈簧拉開些，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。分子在液體表面揮發(fā)出很強的吸引力，互相吸引在鄰近的分子，這種合力在每一單位長度的表面任何交點成垂直線，便是所述的表面張力，它是以Dynes/cm為測量單位。

表面張力測量方法有電導法、表面張力法、光散射法、染料法等，目前還有許多現(xiàn)代儀器方法測定CMC，如熒光光度法、核磁共振法、導數(shù)光譜法等。我們以最大氣泡壓力法為例來說明表面張力的測量原理。

最大氣泡壓力法

最大氣泡壓力法，氣泡在壓力下出自不同直徑的兩支玻璃管口，在液體里最大壓力差產生的氣泡直接與表面張力是成正比例的。表面活性劑內含的活性分子的表面張力變化便需要用最大氣泡壓力法去測量。氣泡形成時，根據速度的改變所得到的數(shù)據，便可作為研究表面活性劑的活躍分子擴散時間，即是動態(tài)表面張力測量方法。

表面活性劑的活躍分子，動態(tài)是它的特征，表面張力高，界面擴展時間便減少，限制了表面活性劑分子移往界面，因此便發(fā)現(xiàn)液體的測量尺度可以是動態(tài)表面張力或表面擴散時間。而表面活性劑亦顯示了它的3個特征，即表面張力測量的同時可研究表面活性劑濃度功能，動態(tài)表面張力和界面擴散時間。

表面張力計可以從表面活性劑的動態(tài)曲線的任何點做開始間歇或連續(xù)測量，而連續(xù)測量的功能是基于表面張力的控制參數(shù)。在慢速度的氣泡下，表面張力擴散時間大約等于氣泡速度，當氣泡速度增加時，表面擴散時間與氣泡速度即成反比例的減少。如果氣泡速度很快增加，氣泡便會連接一起，形成振蕩射流式（測量動態(tài)表面張力），示波器的相關軟件程序可以準確檢驗（核實）氣泡分離和準確讀出快速氣泡的擴散時間。

表面張力測量儀器——表面張力計

表面張力計是專業(yè)用于測量液體表面張力值的專業(yè)測量儀器，包括氣泡發(fā)生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元和顯示器。通過單片機控制微泵的氣體進出流量，避免額定功率的氣泵或玻璃裝置帶來的儀器或人為誤差，提高了測量的精密度，且操作簡單。

張力計結構

表面張力計組成包括氣泡發(fā)生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元以及顯示器，如右圖，氣泡發(fā)生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元分別與顯示器相連接，氣泡發(fā)生單元與壓力感應單元連接。

氣泡發(fā)生單元包括毛細管、微泵和diyi電子驅動控制器，用于向液體表面輸出氣體產生氣泡；微泵上設有進氣口、出氣口和連接頭，毛細管的一端通過出氣口與微泵連接，diyi驅動控制器與顯示器相連；

壓力感應單元包括壓力傳感器和第二電子驅動控制器，用于檢測氣泡產生的壓力；毛細管、出氣口和壓力傳感器通過三通相互連接，第二電子驅動器與壓力傳感器。顯示器連接；

溫度檢測單元包括溫度檢測器和溫度傳感棒，用于檢測液體的溫度；溫度傳感棒一端與溫度檢測器連接，另一端深入液體內部；溫度檢測器與顯示器連接。

表面張力計算公式

F=б∫dl

б=△E/△A

其中∫dl為液體表面邊界環(huán)路積分，б為表面張力系數(shù)，E為表面自由能。

表面張力一般是實驗測定的，除了做題的時候沒人會算這個，因為要算的話б要測定，l要測定，還不如直接把F測出來完了…

結論

1、在實際測量表面張力時，可以根據要求的實驗精度、溫度壓力和設備的實現(xiàn)難易程度來選擇。當要求精度比較高時，可以采用毛細管上升法、最大氣泡壓力法、DuNouy吊片法，否則可以選擇Wilhelmy吊環(huán)法、懸滴法或旋滴法。當溫度和壓力比較高的時候，可以采用毛細管上升法、滴體積法、旋滴法、懸滴法、最大氣泡壓力法和震蕩射流法進行測定。

2、當同時考察溫度、壓力和氣氛對表面張力的影響時，懸滴法是最有效的方法之一。隨著CCD攝像技術和計算機圖像采集處理技術的發(fā)展，促進了滴外形法的發(fā)展，該技術不但可以研究懸滴和躺滴，而且可以測定震蕩泡壓；既可以遙控測定在模擬空間站的微重力環(huán)境下的張力和膨脹粘度，又可以模擬地下溫度、壓力，測定油一水界面張力，可實現(xiàn)全自動測量，測量速度極快，排除人為因素的影響，數(shù)據客觀可靠。因此，應用軸稱滴形分析技術的懸滴法必將在表面及界面科學研究中發(fā)揮巨大的作用。